用于降低輸出漣波的脈寬調變控制器及方法
【專利說明】用于降低輸出漣波的脈寬調變控制器及方法
[0001]相關申請交叉引用
[0002]本申請為2011年02月16日申請的申請號為201110039031.4的專利案的分案。
技術領域
[0003]本發明是有關一種切換式電源供應器，特別是關于一種用于降低輸出漣波的脈寬調變控制器及方法。
【背景技術】
[0004]脈寬調變(Pulse Width Modulat1n ；PWM)已經廣泛地應用在多種電子設備上。例如，在切換式電源供應器中，藉PWM控制器調變功率開關的責任周期(duty cycle)或切換頻率，以調節輸出電壓。
[0005]近年來，為了因應能源短缺與環保意識的高漲，切換式電源供應器的節能省電功能越來越受到重視，新制訂的能源法規要求切換式電源供應器在輕載及待機時的電源轉換效率亦越來越嚴苛。而切換式電源供應器在輕載及待機時，其功率開關的切換損失占整體功率消耗相當大的比例。目前市售的電源管理集成電路(Integrated Circuit ；IC)提升切換式電源供應器在輕載及待機時的電源轉換效率的方法之一，是降低其功率開關的切換頻率以有效降低切換損失。此外，切換式電源供應器相對于傳統的線性電源供應器具有小體積的優點，但是也因為切換元件而造成電磁干擾(Electric-Magnetic Interference ；EMI)問題。現有的電源管理IC常利用抖頻(jittering frequency)的方法來改善EMI問題。目前已有許多抖頻技術提出，例如美國專利號7，701，305，其操作原理于此不再詳述。
[0006]切換式電源供應器有許多類型。例如，圖1的切換式電源供應器是一種具有馳返式架構的裝置，其中PWM控制器10根據接腳COMP及CS的電壓切換功率開關M1，以控制馳返式電源供應器的輸出功率。功率開關Ml串聯變壓器12的一次側線圈，電流感測電阻Rcs與功率開關Ml串聯，檢測功率開關Ml的電流產生電流感測信號Vcs給PWM控制器10的接腳CS。光親合器14及并聯調節器(shunt regulator) 16組成隔離式回授電路，并聯調節器16檢測馳返式電源供應器的輸出電壓Vo以控制回授電流Icomp給PWM控制器10的接腳C0MP，PWM控制器10內有電路根據回授電流Icomp在接腳COMP產生回授電壓Vcomp，其與輸出電壓Vo成比例。參照圖1的電路，馳返式電源供應器的輸出功率:
[0007]Po = η X Vin2 X Ton2/ (2 X Lp X T)
[0008]= η X Vin2 X Ton2X fs/(2 X Lp),[公式 I]
[0009]其中，ri為變壓器12的轉換效率，Vin為變壓器12的一次側輸入電壓，Ton為功率開關Ml的工作時間(on-time)，Lp為變壓器12的激磁電感，T為功率開關Ml的切換周期，fs為功率開關Ml的切換頻率。若PWM控制器10使用抖頻技術，則切換頻率fs將會抖動(jitter)。從公式I可知，切換頻率fs的抖動將導致輸出功率Po的變動，進而在馳返式電源供應器的輸出Vo產生低頻漣波，造成輸出漣波過大的問題。
[0010]美國專利號7，026，851根據抖頻產生相對應比例的調節電流調整回授電壓Vcomp，想要改善抖頻造成的輸出漣波過大的問題，但是在輕載及重載時回授電壓Vcomp的準位不同，固定比例的調節電流反而造成輕載時過度補償的問題。
【發明內容】
[0011]本發明的目的之一，在于提出一種降低切換式電源供應器因為抖頻而造成的輸出漣波的脈寬調變控制器及方法。
[0012]根據本發明，一種降低抖頻切換式電源供應器的輸出漣波的脈寬調變控制器及方法包括取得與該切換式電源供應器的功率開關的電流相關的電流感測信號，以及根據該功率開關的切換頻率調整該電流感測信號的增益或準位以調整該功率開關的工作時間，進而改善該切換式電源供應器因為抖頻而造成的輸出漣波過大問題。
【附圖說明】
[0013]圖1是現有的駝返式電源供應器；
[0014]圖2是根據本發明的第一實施例；
[0015]圖3是圖2中的可編程放大器的實施例；
[0016]圖4是圖2中的計數值CG及切換頻率fs的時序圖；
[0017]圖5是根據本發明的第二實施例；以及
[0018]圖6是圖5中的調節信號Vmod、偏移信號Vof及切換頻率fs的波形圖。
[0019]附圖標號:
[0020]10 PWM 控制器
[0021]12變壓器
[0022]14光親合器
[0023]16并聯調節器
[0024]20計數器
[0025]22抖頻調變器
[0026]24振蕩器
[0027]26電流限制電路
[0028]28脈寬調變器
[0029]30比較器
[0030]32 SR 正反器
[0031]34柵極驅動器
[0032]36斜率補償器
[0033]38加法器
[0034]40可編程放大器
[0035]42前緣遮蔽電路
[0036]44電壓電流轉換器
[0037]46電流鏡
[0038]48可變電阻
[0039]50可編程放大器
[0040]52放大器
[0041]54調節信號Vmod的波形
[0042]56偏移信號Voffset的波形
[0043]58切換頻率fs的波形
【具體實施方式】
[0044]參照圖2的PWM控制器10，如同已知的PWM回路，振蕩器24提供時鐘CLK，脈寬調變器28根據時鐘CLK、回授電壓Vcomp及電流感測信號Vcs產生PWM信號Q，經柵極驅動器34產生PWM信號Vgate，PWM信號Vgate的切換頻率等于時鐘CLK的頻率fS，時鐘CLK計數器20計數時鐘CLK產生計數值CT，抖頻調變器22根據計數值CT、時鐘CLK及振蕩器24提供的參考信號Iref提供抖頻調整信號Vm給振蕩器24，振蕩器24根據回授電壓Vcomp控制時鐘CLK的頻率fs使其隨負載變化，并根據抖頻調整信號Vm決定時鐘CLK的抖頻頻率變化范圍，在脈寬調變器28中，比較器30根據電流限制信號Vcl、回授電壓Vcomp及電流感測信號Vcs產生比較信號Sc，SR正反器32由時鐘CLK觸發，被信號Sc重設，電流限制信號Vcl及回授電壓Vcomp作為臨界值與電流感測信號Vcs_S比較產生比較信號Sc，當電流感測信號Vcs_S上升到大于電流限制信號Vcl及回授電壓Vcomp其中之一時，比較器30拉高比較信號Sc，因而重設SR正反器32，關閉PWM信號Q (亦即PWM信號Vgate)的工作時間Ton，電阻Rll連接在參考電壓源Vrefl及接腳COMP之間，以產生回授電壓Vcomp，電流感測信號Vcs先經前緣遮蔽電路42遮蔽其前緣成為電流感測信號Vcs_LEB，再被可編程放大器40放大為電流感測信號